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    碳化硅結合氮化硅制品窯具

    文章出處:正耐實業耐火磚廠家 /?發表時間:2019-07-05

     

                                                                 

    碳化硅結合氮化硅工藝
     
    碳化硅結合氮化硅是一種特種高級耐火材料,是耐火材料的第四代產品,具有較為優異的結構。由該材料制成的新型耐火磚具有高溫強度高,導熱性能好,抗氧化、抗熱震性能好且耐腐蝕,抗高溫蠕變性好等特點。目前,這種磚主要應用于現代化大型鋁廠的電解槽側部、技術含量高的超大型煉鐵高爐的腰部、高檔窯具。將粗、中、細顆粒的SiC及Si粉合理搭配,輔以一定的添加劑和結合劑,在鐘型混料機中充分混合,然后采用澆注成型,烘干后裝入大型氮化爐,在純凈的氮氣氣氛中燒成,使坯體里的Si生成Si3N4,得到以Si3N4為結合相的SiC復合材料。
     
    這種氮化硅結合碳化硅耐火材料的應用,能有效地降低能耗,減少制品缺陷,提高產品質量,降低單位產品的窯具成本,是一種較為理想的新型窯具材料。氮化硅結合碳化硅磚的工藝路線如圖3所示,具體工藝過程如下。
     
    1、混練
     
    混練前應檢查混練機是否運轉正常,并把雜質清理干凈,對長久不使用的混練機應首先用廢料清碾。
     
    2、加料順序
     
    (1)老料:2.5~0.43、1.43~0.5、0.5~0加入、混碾5分鐘。
     
    (2)老料加入量≤10%。
     
    (3)添加糊精液混碾5分鐘。
     
    (4)加入SiC細粉糊精后混碾5分鐘。
     
    (5)加水進行調整。
     
    (6)凈混碾時間不得少于15分鐘。
     
    3、篩分
     
    混練好的泥料在使用前須過5mm篩網,篩上料集中收集經粉碎后可做老料用,將篩上料中混有的雜物剔除。
     
    4、成型
     
    成型采用630T摩擦壓磚機,成型前必須檢查好設備運轉情況、模型尺寸及錘頭平整等情況,錘頭不得有電焊渣,磅秤調整準確、定好單重;模板質量的檢查驗收工作由生產科模板庫按規定執行,模型使用前要檢查尺寸、稍度,磚坯體積密度≥2.6g/cm3;稱料時要防止顆粒偏析,泥料在稱量和倒料時不得撒料;加壓時采用先輕后重慢抬錘的操作方法,保證邊角整齊,防止層裂等廢品的產生。
     
    適當提高半成品標準依據,壓制好的磚坯的外型應按照各類制品的半成品標準,逐塊進行檢查,合格的磚坯方可進入下道工序,磚坯要輕放在棉布條上,磚坯之間留3-5cm的縫隙。
     
    5、干燥
     
    磚坯在干燥房內進行自然干燥,在此過程中根據磚型及氣候情況,應該翻動而將下側暴露在上。干燥坯體之間間隔3-5cm,干燥后的磚坯殘余水分不大于0.1%,自然干燥的溫度在20-30℃之間,干燥時間應以磚坯有一定強度、成形為原則。自然干燥后的磚坯送入隧道干燥器進行干燥,進洞溫度小于60℃。
     
    6、燒成
     
    熱工調整操作要求
     
    ①300℃蓋爐蓋,500℃吹水汽,600℃抽真空充氮氣,半小時后進行第二次抽真空充氮氣,然后氮氣排糊精至750℃,頂壓力,壓力為0.03Mpa,開始交換排氣閥,30分鐘交換一次,保證爐內氣流運動的均勻性。
     
    ②保證爐壓在+0.01~+0.045Mpa之間。
     
    ③停爐時電流降為零,停止加熱,進行氮氣吹冷,降溫至1000℃關流量,排氣閥全關,吊爐蓋,架鼓風機,吹至600℃可開爐門。
     
    7、出窯揀選
     
    揀選操作要認真細致逐塊檢查,并加蓋章,成品、廢品應堆放在指定地點,對廢品應按磚種磚型做好缺陷責任分析,并做到準確記錄。
     
     
    澆注成型Si3N4-SiC制品的主要原材料為工業用綠碳化硅、硅粉。采用粗、中、細多級比例配料,并將基礎原料高純綠碳化硅經金屬硅氣流磨磨至1200目以上。
     
    SiC顆粒形狀的選擇是保證其制品高密度與高強度的基本條件之一,通常市售的SiC顆粒形狀多為針狀、片狀,成型過程中易產生拱橋效應,成型密度不高,所以要對SiC進行顆粒整形。整形采用碾磨方式進行,使顆粒接近等積形,然后進行化學處理、水洗,除去雜質。
     
    將工業硅塊經過顎式破碎、對輥破碎,再由磨磨至所需要的粒度。然后用水浸泡數日,使硅粉中的金屬硅化物與水充分反應,排除氣泡,然后烘干。
     
    混合壓制成粉料:將粗、中、細SiC砂和Si粉原料搬放在平臺上;根據配方,稱量SiC砂和Si粉;倒入高效混料機內,開啟高效混料機;通過定量水表加入水;均勻加入事先稱量好并加水稀釋的添加劑和臨時結合劑,充分混合攪拌15~20min,過篩后,放入料倉進行悶料儲存24h以上。
     
     
    氮化過程中坯體基本不收縮,因此制品的密度取決于坯體的密度,坯料的顆粒組成對坯體的密度有著很大的影響。制品的密度又直接影響著制品燒成及成品的理化性能。
     
    由于SiC是一種瘠性材料,成漿后易于沉淀,澆注時出現吸漿速度快,生坯強度低,因此應選擇適當的添加劑,使料漿具有良好的懸浮性、流動性、適當的觸變性和含水量,對于澆注成型是十分重要的。在反應原料中添加金屬硅和含碳原料,用納米級硅溶膠作為低溫粘結劑。當引入量為0.5%~2.0%時,料漿具有良好的懸浮性,觸變性不明顯,吸漿速度較慢,澆注料密度高,產品質量較高。
     
     
    制備新型氮化硅結合碳化硅磚主要采用以下措施。
     
    (1)采用粗、中、細多級比例配料,將基礎原料高純綠碳化硅經金屬硅氣流磨磨至1200目以上。
     
    (2)在反應原料中添加金屬硅和含碳原料,通過反應原位合成高活性納米級碳化硅,降低了燒結溫度,提高了強度。
     
    (3)坯料采用澆注成型工藝,用納米級硅溶膠作為低溫粘結劑,以實現無水泥結合,制品低熔物少,保證了高溫強度。
     
    上述工藝措施的實施可生產出可替代進口產品的新型耐火材料——新型高強度氮化硅結合碳化硅磚,該磚具有顯氣孔率低、強度高,并具有抗侵蝕能力強、高溫強度大、化學穩定性好、使用溫度高和耐磨性強等優異性能,比普通耐火磚使用壽命長,可廣泛應用于冶金、有色、化工、陶瓷等行業,有較好的社會和經濟效益。
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